Весовая нагрузка и постоянный плавучий объем

Одновременно с разработкой чертежей общего расположения американские специалисты приступают к следующему этапу проектирования подводной лодки — составлению сводок весовой нагрузки и постоянного плавучего объема.

Сводка весовой нагрузки — это перечень всех весов, составляющих нормальное водоизмещение корабля, с указанием их абсолютных величин, координат центра тяжести относительно базовых плоскостей и соответствующих' моментов.

Теоретически возможно неограниченное количество способов, позволяющих группировать составляющие весовой нагрузки корабля, однако для использования статистических данных об уже построенных кораблях рекомендуется принять разумную систему разбивки элементов нагрузки на группы. Число таких групп должно быть дифференцировано для каждой стадии проектирования.

Приведенное выше деление весовой нагрузки на функциональные группы —разделы (корпус, механизмы, электрооборудование и т. д.) — предусматривает объединение разнообразных технических средств по их назначению. Ограниченное число раз делов облегчает решение задачи на начальных стадиях проектирования. В дальнейшем, для повышения точности и удобства выполнения расчетов разделы могут быть разбиты на более мелкие группы: подразделы, статьи и т. д. Например, раздел весовой нагрузки «Корпус» делят на подразделы: «Прочный корпус», «Легкий корпус», «Межотсечные переборки», «Прочные цистерны вне прочного корпуса» и т. п. В свою очередь, подраздел «Прочный корпус», например, может быть представлен в виде суммы статей «Обшивка и набор прочного корпуса», «Концевые переборки» и пр.

Общий вид сводки весовой нагрузки, применяемой в практике американского кораблестроения (для случая деления ее на разделы и подразделы), приведен в табл. 9

Отдельные составляющие нагрузки Pi'; Pi"; Pi"'-... находят путем подетального подсчета весов конструкций, механизмов и других технических средств с использованием соответствующих измерителей, объемных характеристик (определяемых по чертежам общего расположения) и спецификационных весов конкретных образцов оборудования.

Координаты центров тяжести составляющих нагрузки Хі, Хі", Хі", ...; у/, Уі", Уі"', ...; г/, z/', z(", ..'. снимают с чертежей общего расположения, причем в качестве базовых плоскостей (т. е. плоскостей, от которых производят измерение плеч) принимают плоскость шпангоута, совпадающую обычно с одной из ближайших к мидель-шпангоуту переборок, основную и диаметральную плоскости. Координаты центра тяжести разделов нагрузки определяют по формуламч-^-—f^--—.

где Pi = P/ + P/'+P/"+...

Подобным же образом находят координаты центра тяжести подводной лодки в целом

Следует отметить, что на начальных стадиях проектирования координату центра тяжести по ширине подводной лодки f/g не определяют, поскольку опыт проектирования показывает, что ее величина, как правило, близка к нулю (т. е. центр тяжести находится в ДП корабля).

Сводка постоянного плавучего объема (табл. 10) по форме напоминает рассмотренную сводку нагрузки. Ее составляю-

' Bureau of Ships Journal, 1962, т. И, № 7.

Весовая нагрузка и постоянный плавучий объем

00 Таблица 9ч

Типовая сводка весовой нагрузки подводной лодки

Номер раздела

Составляющие нагрузки

Вес, т

Плечопо высоте, м

Момент по высоте, тм

Плечопо длине,

м

Момент no длине, тж

Плечо по ширине, м

Момент по ширине, тм

1

Корпус

             
 

Прочный Легкий

P'i

 

Р\ Ч - Р\^\

t

Р\к\ P'lH

у'і

Р'іУ'і

р\у\

 

Внутренние переборки

рГ

 

Р'х ^

fit

If/

Pi-H

Уі

}п т

Рі Уі

2

и т 0 г 0 . по разделу «Корпус» Механизмы

' Pi

гі

 

Xl

■ Pl^l ■

Уі

' РіУі '

 

Итого по разделу «Механизмы»

' К

га

 

Хг

РїХ%

У2

РіУг

я-^ 1

Запас водоизмещения

P'n-i

 

• • • f Рп-1

*n—1

Pn—l X„—t

' Уп-1

Рп-1 Уп-1

 

Итого весовое водоизмещение подводной лодки без твердого балласта '

л—1

(-1

 

п—1

 

n—1 I>PiXt

i=l

 

"ї: РіУі

і = 1

п

Твердый балласт

р«

•г„

Р а^п

 

Pn^n

Уп

РпУп

 

Нормальное водоизмещение

ö„

 

І Раї

1=1

Ч

S PiXi

i = l

Уе

^РіУі

1 = 1

Таблица 10

Типовая сводка постоянного плавучего объема подводной лодки

Порядковый номер

Составляющие постоянного плавучего объема

Объем,

Плечопо высоте, м

Моментпо высоте, ж"

Плечопо длине,

м

Момент по длине,

Плечо по ширине, м

Момент по ширине,

1

Прочный корпус

 

21

^ігі

Хі

Уїхг

У}

 

2

Прочные наружные цистерны

Vi

       

У2

 

3

Прочные контейнеры

Уз

гз

 

Хз

УзХз

Уз

УзУз

/

Торпедные аппараты

Уі

2/

     

Уі

^ІУІ

m

Разное неучтенное

 

 

'Хщ

УтХщ

Ут

УтУт

 

Постоянный плавучий объем

   

т

і"!

Хс

т

1-1

Ус

т.

2 УіУі 1=1

щими являются все водоизмещающие объемы подводной лодки: прочный корпус, наружные прочные цистерны, забортные контейнеры, выступающие за прочный корпус части стартовых шахт и торпедных аппаратов, корпусные конструкции, расположенные в междубортном пространстве баллоны воздуха высокого давления, выдвижные устройства, механизмы и трубопроводы систем, люки, устройства, запасы топлива и т. п. Объем находящегося в междубортном пространстве твердого балласта в сводке постоянного плавучего объема не учитывают, если в сводку нагрузки он включен весом в воде соответствующей плотности.

Величины водоизмещающих объемов У, и координаты их центров плавучести х,, г/, и г, определяют по чертежам общего расположения или рассчитывают на основании данных весовой нагрузки. Так, объем обшивки и набора прочного корпуса находят по формуле

^;<^, (37)

(ПК

где Р'] — вес подраздела нагрузки «Прочный корпус»; упк — удельный вес материала прочного корпуса.

Знак равенства между левой и правой частями выражения (37) соответствует случаю, когда прочный корпус подводной лодки имеет только наружные шпангоуты. Если шпангоуты частично или полностью внутренние, объем ¥'[ будет меньше отношения ^' на величину объема шпангоутов, расположенных

Тпквнутри корпуса.

Аналогично определяют объемы конструкций легкого корпуса и ограждения выдвижных устройств.

В результате суммирования перечисленных в сводке объемов определяют постоянный плавучий объем (Утшо) подводной лодки, а координаты ее центра плавучести рассчитывают тто формулам

' ппо ' ппо , у ппо

Одна ИЗ основных задач проектировщика подводной лодки — согласование сводок весовой нагрузки и постоянного плавучего объема. Условия плавания подводной лодки в. подводном положении без крена и дифферента с положительной остойчивостью выражают зависимости

Я, = Т^ппо; х& = хь\ Уд = у,; < г,. ~ (39)

Выполнение этих условий достигается путем изменения веса и места расположения твердого балласта. В частности, вес твердого балласта принимается

^^„^•Г^ппо-Е^^ (40)

где 2Рг —весовое В0Д0ИЗМЄЩЄНИЄ подводной лодки без твер-

1=\

лого балласта.

'< Положение твердого' балласта по длине и ширине корабля; йаходят из уравнений ' :

Весовая нагрузка и постоянный плавучий объем

' По высоте место размещения твердого балласта определяется требованиями обеспечения необходимой остойчивости подводной лодки. Так как в подводном положении продольная и поперечная метацентрические высоты одинаковы и равны разности аппликат центра величины и центра тяжести (Н^ — Хс—г^), для повышения остойчивости твердый балласт следует размещать по возможности ниже. Американские специалисты рекомендуют располагать его не выше 60 см от основной плоскости

Иногда условия (.41) не могут быть выполнены путем размещения на подводной лодке твердого балласта (например,.

при Хп> — , где 1 —длина подводной лодки). В этих случаях'

требуется существенная перекомпоновка общего расположения, и, как следствие, изменение весовой нагрузки и постоянного.^ плавучего объема проектируемого корабля.

Общее представление о весовой нагрузке современных боевых атомных подводных лодок можно получить из данных табл. 11. Укрупненные элементы весовой нагрузки подводных транспортных судов американского, японского, шведского и английского проектов приведены в табл. 12. Как видно из данных таблицы, относительный вес корпуса подводных танкеров изменяется в сравнительно небольших пределах (14—17%). Меньшая величина относительного веса корпуса танкера японского проекта объясняется меньшей эксплуатационной глубиной погружения и применением легированной стали для его корпусных конструкций.

Таблица 11

Весовая нагрузка американских атомных подводных лодок

(в процентах от нормального водоизмещения)

 

Подкласс подводной лодкн

Разделы весовой иагрузкн

   
 

торпедная

ракетоносец

Корпус

38—42

40—44

Механизмы

26—30

14-18

Электрооборудование

4—6

3—5

Радиоэлектронное оборудование

2—3

1—2

Системы н устройства

7—8

5—7

Оборудование н снабжение

2—3

2—3

Вооружение

2—4

10—14

Топливо н питательная вода

3—4

2—3

Команда н запасы

3—4

2—3

Запас водоизмещения

2-3

2—3

Твердый балласт

2—3

2—3

Нормальное водоизмещение

100

100

Таблица 12 Весовая нагрузка подводных транспортных судов с атомными энергетическими установками

 

Танкер американского проекта

Танкер японского

Танкер шведского

Рудовоз английского

 

проекта

проекта

проекта

   

о

 

f о

 

о

 

о

Элементы весовой нагрузки

 

Г нормальної жзмещения

S

Г нормальної )измещения

S

Г нормальної жзмещения

S

г нормальної жзмещения

 

а си ю

5 ч

а си ю

5 ч ^ §

о

<и а

о ^

а ш ю

S

Корпус Механизмы Оборудование**

4 500 2 500 1 ООО

17,9 10,0 ' 4,0

6 600 4 500

7 100

13,7 9,3 14,7

8 000 4 ООО 2 000

17,4 8,7

4,4

11 090* 4 100 1 510

24,4 9,0 3,4

Водоизмещение

8 000

31,9

18 200

37,7

14 000

30,5

16 700

36,8

порожнем Дедвейт

17 000

68,1

30 ООО

62,3

32 ООО

69,5

28 700

63,2

Нормальное

25 100

100,0

48 200

100,0

46 ООО

100,0

45 400

100,0

водоизмещение

               

* в том числе 800 т твердого балласта.

** в статью «Оборудование» включены веса электрооборудования, систем, устройств и оборудования жилых и служебных помещений.

Относительный вес механизмов проектируемых подводных транспортных судов также изменяется незначительно и составляет 9—10% нормального водоизмещения. На долю весов систем, устройств, оборудования и т. п. на атомных подводных судах приходится в общей сложности 3,5—4% нормального водоизмещения. Увеличение этой цифры до 14,77о на танкере японского проекта произошло, вероятно, за счет того, что вес некоторого корпусного оборудования (в том числе и твердого балласта) был отнесен при проектировании к разделу «Оборудование», в то время как на судах других проектов он входит в раздел «Корпус».

Основную часть постоянного плавучего объема современных атомных подводных лодок иностранной постройки составляет объем прочного корпуса (90—94%). На подводных танкерах на долю прочного корпуса приходится лишь 30—35% постоянного плавучего объема, а основной составляющей является объем легких грузовых цистерн (45—65%).

В табл. 13 приведены данные о постоянном плавучем объеме атомных подводных танкеров японского, шведского и американского проектов.

Таблица 13

Постоянный плавучий объем атомных подводных танкеров

Составляющие постоянного плавучего объема, ж'

Японский проект

Шведский проект

Американский проекттанкера дедвейтом

41500 т

Отсеки АЭУ

Жнлые н служебные помещения, кладовые запасов, переходы внутри прочного корпуса

Помещения грузовых насосов

Уравнительные н днфферентные цистерны

Прочные грузовые танки

6 500

2 300**

540 860

7 500

4 200 450

300 800

7 600

25 700* 2 470

2 265 950

15 000

Итого прочный корпус

-17 700

13 350

46 385

Наружные прочные грузовые танки

» » цистерны Переходы, люкн, прочные рубкн,

спасательные устройства Легкие грузовые танкн Прочее неучтенное

200

30000 300

100 300

32 000

250 X

1 700 1 600 200

41 600 415

Постоянный плавучий объем

48 200

46 ООО •

91900

* В этой графе учитывается 5-процентиая надбавка яа корпусные конструкции, твердый балласт и т. п.

** Включая помещение вспомогательных механизмов.

: Абсолютная' величина нормального водоизмещения современных боевых, атомных подводных лодок равняется 3000— 4000 т у кораблей с торпедным и 6000—8000 т у кораблей с ракетным вооружением. Для сравнения следует отметить, что водоизмещение современных дизель-электрических подводных лодок не 'Превышает 2000 т.

Стремление снизить водоизмещение атомных подводных лодок привело к постройке серийных кораблей типа «Скейт» (нормальное водоизмещение 2500 т) и экспериментальной подводной лодки «Таллиби»' (нормальное водоизмещение 2600 т).

Несмотря на значительное снижение мощности энергетической установки (с 15—17 до 3—7 тыс. л. с), американским специалистам не удалось существенно уменьшить величину нормального водоизмещения, так как невозможно было сократить объемы, занимаемые торпедным воорул^ением, электронной аппаратурой, механизмами систем, устройств и т. п. По сравнению с подводными лодками типа «Скипджек» нормальное водоизмещение уменьшилось всего лишь на 16—19%. ■ Работы по снижению водоизмещения атомных лодок до 1000—1500 т ведутся в США за счет создания малогабаритных энергетических установок большой мощности, автоматизации управления и сокращения численности личного состава. Один из способов уменьшения постоянного плавучего объема (а следовательно, и водоизмещения), по мнению иностранных специалистов,— расположение части лодочного оборудования и вооружения за пределами прочного корпуса 2.

Сравнительные расчеты, выполненные в США и Англии, по-: казали, что нормальное водоизмещение подводных транспортных судов будет больше водоизмещения надводных судов С0--ответствующих типов при одинаковой грузоподъемности и равной мощности механизмов. Для танкеров грузоподъемностью, 47 000 т разница составляет 4000—5000 т. Увеличение нормального водоизмещения подводных судов вызвано установкой дополнительного оборудования и вспомогательных механизмов, необходимых подводному судну. Кроме того, на подводных судах имеется значительное количество твердого балласта, с по- ■ мощью которого погашается избыточная положительная плавучесть и обеспечивается удовлетворительная остойчивость в подводном положении. Для подводного танкера (при удельном весе перевозимых нефтепродуктов 0,7—0,8 т/м^) вес твер-, дого балласта может превышать 10% нормального водоизме-"

ЩеНИЯ. ;

Нормальное водоизмещение проектируемых подводных транспортных судов составляет 25 000—100 000 т. Коэффициент утилизации водоизмещения по грузоподъемности у подводных судов меньше, чем у надводных (0,5—0,7), в то время как для крупнотоннажных надводных танкеров с паросиловыми и дизельными энергетическими установками коэффициент утилизации приближается к 0,8.

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава